浅谈我国数控机床的现状及发展趋势

张震

摘 要：数控机床是数字控制的工作母机的总称，由主机、数控系统和相关配套件组成。机床是先进制造技术和制造信息集成的重要元素，是发展机器制造业以至整个工业必不可少的复杂生产工具，既是生产力要素，又是重要商品。机床的发展和创新在一定程度上映射出加工技術的主要趋向。随着微电子技术、传感器技术、精密机械技术自动控制技术以及微型计算机技术、人工智能技术等新技术的发展，致使数控机床不断升级而逐渐成为评价现代工业发展的重要指标。

关键词：数控机床；现状；发展趋势

近年来我国企业的数控机床占有率逐年上升，在大中企业已有较多的使用，在中小企业甚至个体企业中也普遍开始使用。据预测分析，到2005年我国机床的数控化率为9.5%一10.36%，到2010年将达到16.5%一19.27%。面对世界机床市场的强烈冲击，国产数控机床要想从容应对并占有一定的市场份额，必须把发展国产数控机床放在突出位置，正确把握我国数控机床的发展趋势。

一、我国数控机床发展过程

我国数控机床及技术起步于1958年，近50年的发展历程大致可分为以下3个阶段。

第一阶段：1958～1979年，即封闭式发展阶段。在此阶段，我国机床总体设计实力差、各种机、电、液、气配套基础元部件、数控系统不过关，工作不可靠，故障频繁，且形成一哄而上，又一哄而下，三起三落。到1979年为止，我国数控机床无法正式生产，也无法在生产中正式使用。而日本在此阶段，在努力发展大量大批生产自动化、高效自动化机床、自动线的基础上，确实使主机设计本领过硬，配套元部件、数控系统过关，不断发展数控机床，至1979年日本数控系统年产量达14235套，数控机床年产量达14317台，超过美国当年产量7925台，从此，日本数控机床之年产量长期居世界第1。

第二阶段：国家的“六五”、“七五”期间及“八五”的前期，即引进技术，消化吸收，初步建立起国产化体系阶段。在此阶段，我国先后引进日、美、欧洲国家的数控系统和数控机床及一些基础元部件如各类机、电、液、气等，利用国外先进产品配置和技术，我国数控技术的研究、开发及在产品的国产化方面都取得了长足的进步。

第三阶段：国家“八五”后期和“九五”期间，即实施产业化的研究，进入市场竞争阶段。在此阶段，我国国产数控装备的产业化取得了实质性进步，在品种上、技术上、产量上提高较快，取得了较大成绩。在数量上，据1995年全国调查，我国机床拥有量383万台，其中数控机床7128万台，1999年数控机床产量为9007台，2000年拥有量约为14万台。在品种上也很丰富，包括各类数控全切机床、成形机床、激光加工机床等，国产数控机床的国内市场占有率达50%，配用国产数控系统（普及型）的也达到10%。

二、 中国数控机床存在的问题

1. 技术创新与市场需求脱节

数控系统技术攻关取得进展，但面对世界数控技术发展的趋势，差距仍然很大，存在很多不足之处，开发研制与市场开拓严重脱节。在确定数控技术创新项目上没有突出重点，市场定位不明确，不能集中力量，突破一点，带动一片，安排项目上带有一定的盲目性。一方面，存在盲目追求技术水平的技术导向模式，这就造成科技攻关的新产品差距仍然很大，很多产品多功能、高水平、高价格、市场定位不明确，另一方面，产品结构不合理、品种单一、雷同、不能满足市场需求，数控机床市场占有率逐年降低。

2. 技术创新运行的支承条件差

中国现有的数控机床生产企业近百家，研制和生产数控系统的单位近70家，均未形成经济指生产，全国普及型数控系统年产量1000台左右，产量最多的厂家也不过年产400多台，而国外一般数控系统生产厂年产均在30以）台以上，日本AFNUC则年产50000套以上，没有批量，成本降不下来，质量也难以保证，很难与国外同类产品竞争。中国现有数控机床生产企业的开发力量弱，厂点分散，没有形成经济规模。国家尚未成立有一定权威的机构促进数控技术的发展，也没有建立数控技术开发中心、数控技术工程中心、质量检测中心和维修服务中心及培训中心，加之，主要数控系统生产厂，工艺条件较差，质量保证体系不健全，因此产品竞争能力很差。

3. 技术创新成果未能工程化、商品化

数控技术创新取得成果后，缺乏工程化、商品化、产业化的全面安排，质量保证体系不健全，尚未制定出相应的规范和标准，技术创新与工程化研究、工艺研究严重脱节。科技攻关取得进展，但产品差距仍然很大，成果的工程化、商品化投入不足，在发展产品中数控产品可靠性差，质量不稳定，不重视产品的工程化研究。

三、数控机床的发展趋势

1. 机床运动控制技术的发展趋势

（1）全闭环交流伺服驱动技术：在一些定位精度或动态响应要求比较高的机电一体化产品中，广泛使用数字式交流伺服系统。这种伺服系统的驱动器对电机轴后端部的光电编码器进行位置采样，在驱动器和电机之间构成位置和速度的闭环控制系统。位置控制分辨率高，可靠性好。

（2）可编程计算机控制器技术自20世纪60年代末美国第一台可编程序控制器PLC问世以来，PLC控制技术已走过了30年的发展历程，尤其是随着近代计算机技术和微电子技术的发展，它已在软硬件技术方面远远走出了当初的“顺序控制”的雏形阶段。可编程计算机控制器（PCC）就是代表这一发展趋势的新一代可编程控制器。

2. 机床主机的发展趋势

高速高效化、复合化、智能化、环保型是现代机床发展主流。

（1）高移速加工中心目前在汽车制造行业中使用的高速加工中心的快速移动速度>40m/min，移动加速度>0.5g，使得汽车零件制造效率成倍的提高。高速加工中心进给采用直线电机和高速滚珠丝杠，为减少热变形，均采用循环水冷却。直线电机最高速度可达100m/min，高速滚珠丝杠采用低摩擦材料和自润滑，以提高寿命，减少污染。例如日本东芝生产的高速加工中心，采用双滚珠丝杠增强传动刚度、定位和重复定位精度。

（2）环保型机床无污染，节能节耗的环保型机床，符合1501400环保标准，干切削在德国汽车工业应用广泛。采用气压代替液压，自润滑减少泄漏污染，和油彻底分离。

（3）激光加工机床采用灵活的光束控制，高输出微型化的二极管激光器，紧凑和易于集成打标和刻划系统及焊接功能。

四、结语

传统的数控技术已不适应现代制造业的需要，新一代数控系统正朝着智能化、开放化、柔性化、多样化的方向发展。我们应抓住这个契机，利用人才优势，开发出适应国情的现代高档数控系统，促进数控产业化的发展和制造业的发展。

参考文献：

[1] 周延佑.数控机床发展新趋势与我国相应的对策.机械工艺师，2001，（2）：5～7.

[2] 李宏胜.现代数控系统的技术特点与发展趋势[J].制造业自动化，2002（11）：1-31.